Development of polymer brush coating technology inspired by a chemical reaction in the body

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15624
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Sato Tomoya 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (40783874)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ポリマーブラシ / グラフト / 精密重合法 / 簡易合成 / 表面 / ぬれ / 親水性 / 疎水性

Outline of Final Research Achievements

In this project, we have developed a facile and reproducible process for fabricating “polymer brushes” by surface grafting of polymer chains via covalent bonding. We specially focused on the effects of additives and solvents on the reactivities of reaction solutions of surface-initiated atom transfer radical polymerization in air (“paint-on” SIATRP). Inspired by living organisms, thiol, enzyme, coenzyme, and water are used for the purpose of reducing oxygen concentration in the solution. Thanks to the additives, the life time of reaction solutions of “paint-on” SI-ATRP could be successfully extended, and the thicknesses of the resulting hydrophilic or hydrophobic polymer brushes became thick enough for practical use. By using the method established, we finally succeeded in fabricating fluoropolymer brushes above wafer-scale dimensions (e.g., about 21 cm × 30 cm, nearly letter size).

Free Research Field

高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分子を表面にグラフトすることで得られる「ポリマーブラシ」は、その構造に起因する特異な表面機能を付与できる新しい表面改質材料として注目されている。しかし、従来の合成法は、酸素による反応阻害のため汎用性に課題があり、身の回りの部素材に直接適用することは困難であった。
本研究では、生体内の環境に着目することで、従来技術では困難なポリマーブラシの簡易合成の実現に繋がる知見を得ることに成功した。
これを活用することで、各種部素材の表面に多様な機能、例えば、はっ水／はつ油性、防汚性、着氷防止機能など、を付与することが容易になるため、新しい高機能実用表面の創製に繋がることが期待できる。